基于双端口RAM的PCI总线与DSP的接口设计
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第! #卷第%期 !""* 年 # 月
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算
技
术
与
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化
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［ ］ 接口 芯 片 / 0 1 ’ " + !% 来 构 成 的。 本 文 主 要 介 绍
/ 0 1接口部分的设计与实现。
收稿日期： ! " " # $ % ! $ % & 作者简介： 刘宇 （ —） ， 男， 安徽安庆人， 硕士研究生， 研究方向： 电力系统自动化。 % ’ ( ’
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计算技术与自动化
! / ,可写 E F E F F F F F F F E E F E E G7 $ " @ , " G @ D D I O F 3 3 ! 5 -6 可写 F E F E E E E E E E E F E E E F
表< ! / ,配置寄存器
配置寄存器地址 0 0 > 0 : > 0 * > 0 / > < 0 > < : > < * > < / > 2 0 > 2 : > 2 * > 2 / > 9 0 > 9 : > 9 * > 9 / > 6 H V $ J I J7 H G @ " B Q （E ） & G . I & D G @ % O O + I $ K G L , ". @ K MN @ ( G （E ） & G . I & D G @ % O O 9 < 2 : 2 9 . G H G I ( / K H ( (/ & % @ P @ H % @ DN @ Q O ! / ,+ I ( 7 H G @ " B $ J @ D QN （E ） & G . I & D G @ % O O < ; < 1 * = C @ " % & D , ? / & J J H " % 5 @ A $ ( $ & " , ? / H B > @7 $ " @. $ R @ 0
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虚拟设备驱结构如图! 。 本文主要介绍图!中虚线框内的设计与实现。 控制系统在工控机启动的时候， " # $ % & ’ ( ) * 将加载 虚拟设备驱动程序 （+ ， 应用程序通过动态创建 , -）
传输， 达到读写双口 . ／ /0 和1 2 端口的目的；另 外， 从而实现了工 3 4 从另外一侧读写双口 . /0， 控机和 工控机既能监 3 4 之间的高速数据交换， 视系统运行状态， 也能控制系统的运行， 通过应用 服务程序， 用户可以通过简单的操作监控控制系统 的状态。
第2 9卷第<期
刘
宇等： 基于双端口 5 S6 的 ! / ,总线与 ? . !的接口设计
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在 ! " !的板卡上都有一组成为配置空间的寄存器， 这些寄存器中保存有自己对系统资源的需求参数。 当# 其+ $ " % & ’ ( ) *系统启动时， , .引导程序首先读 出这些参数， 然后综合每块板卡对资源的需求， 统一 对整个系统的资源进行分配， 从而避免用户的干预。 为了 + , .引导程序能正确地对板卡所需的资源进 行动态配置， 其配置空间寄存器中存储的是物理空
（4 ）总 4 5 1 6 7 # 9 6 7 : ;5 & < & $ 6 $ =1 $ = 6 7 > & $ $ 6 > = 8 8 公司推出的一种先进的高性能 ／ 1 $ = 6 ; @ ? A B
位局部总线， 而且支持热插 4 5 1总线传输速度快， 拔、 电源管理等功能， 因此使用方便、 应用范围广。 4 5 1总线的主要特点是： ） 具有地址数据多路复用的高性能 @ （ ! ? 位或 A B位的同步总线。 （ ） ? 4 5 1局部总线在 @ @ 0C D总线时钟、 @ ?位 数据通路时， 可达到峰 值 ! ／ @ ? 0 E # = ( 的 带 宽； 4 5 1 总线还有线性突发传输功能， 保证了满载的高速传 输。 （ ） 极小的存取延时， 采用总线多主控和异步 @ 数据转移操作。 （ ） 保 B 4 5 1提供的数据和地址奇偶校验功能， 证数据完整性和准确性。 ） 它能支 （ F 4 5 1总线与 5 4 G 和时钟频率无关， 持多个外设， 设备间通过局部总线可以完成数据快 速传递， 从而很好地解决数据传输的瓶颈问题。 （ ） 对4 能够自动配置， 实现 A 5 1扩展卡及元件， 设备的即插即用。 " ) ! # $ % & ’ ( ! 本系统设计时， 为缩短开发时间降低成本， 没 有选 用 可 编 程 逻 辑 器 件 设 计 4 选用了 5 1 接 口，
方式 已 不 能 满 足 要 求。因 此 本 系 统 采 用 流 行 的
@ 引言
随着电力技术和电子技术的迅猛发展， 高性能 的电力控制系统被越来越多地应用到各种场合， 对 提高控制系统的性能， 提高工控机和控制板卡之间 的数据传输速度是一种有效的手段。以前设计的 思路是采用 2 . ! # !或 2 . * & +等方式将工控机与控 制板卡连接， 但随着系统数据量的迅速增加， 这种
文章编号： （ ） % " " # $ ) % ’ ’ ! " " * " % $ " " ( ( $ " +
基于双端口 ! "# 的 $ % &总线与 ’ ( $ 的接口设计
刘 宇%， 罗 安!
（ 中南大学 信息科学与工程学院， 湖南 长沙 * ； % , % " " & # 湖南大学 电气与信息工程学院， 湖南 长沙 * ! , % " " & !）
间大小等相对信息， 而不是绝对的物理地址。 ! / ,设备在计算机中的硬件资源是系统动态 分配 的， ! / , ) 0 1 2寄存器的初始值由串行 3 3 ! 4 在! 5 -6 提供， / , ) 0 1 2加电后读取。3 3 ! 5 -6 必 须采用支持连读功能的芯片， 本系统采用 ! 7 8公 司推荐) 。 9 / : ; ： ! / , ) 0 1 2的配置寄存器如表<
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图! 系统结构
" # $ %总线及接口芯片 # $ % & ’ ( ! " ) * # $ %总线协议
［ ］ ? 线 是
该芯片可 4 5 1 ) H F ?专用接口芯片来实现 4 5 1协议， 以使局部总线快速转换到 4 5 1总线上。其主要特 点有： （ !）包 括 一 个 A B I = 6的写 K 1 K 2 和一个 J 通过读写 K ， 可实现高性能 @ ? I = 6的读 K 1 K 2， 1 K 2 ( J 的突发式数据传输； （ ） ? 1 3 / 模式支持 4 5 1总线到1 3 / 总线的单周 期存储器 （ 读写和1 ／ *位或! A位） 2 访问； （ ） 支持两个来自局部总线的中断， 可生成一 @ 个4 中断， 利用软件写内部寄存器位也可以达到 5 1 同样的目的； （ ） B 4 5 1 ) H F ?的局部总线与 4 5 1总线的时钟相 互独立 运 行， 局 部 总 线 的 时 钟 频 率 范 围 为 H! ， B H 0C D L L M 电 平， 4 5 1 的 时 钟 频 率 范 围 为 H! 。两种总线的异步运行方便了高低速设备 @ @ 0C D 的兼容； （ ） 串行 N F N 4 . 20 提供 4 5 1总线和局部总线 的部分重要配置信息； （ ） 各设备的基址和 A B个局部设备片选信号， 地址范围及其映射可由串行 N N 4 . 20 或主机编 程实现； （ ） 基址和地址范围及其 O F个局部地址空间， 映射可由串行 N N 4 . 20 或主机编程实现。 " ) " # $ %配置空间 （4 方式是由于每块支持 4 5 1的 即 插 即 用 $ 4）
摘
要： 为了提高 本文设计利用工控机上的 / . / 与工控机之间的数据传输速度， 0 1总
线， 通过共享双端口 2 实现工控机与 34 的方式， . / 之间的高速数据交换。本文详细介绍 了系统设计的基本思路， 包括 / 0 1总线协议， / 0 1 ’ " + ! 芯片的基本使用方法和设计要点， / 0 1 ’ " + !与双端口 2 34 的硬件连接方式和访问协议， 5 6 7 8 9 : ; ’ & 下虚拟设备驱动程序的 设计。 关键词： ； 配置空间； 临界资源； / 0 1 < = ? 中图分类号： > / ! ( #@ + 文献标识码： 3
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表< ! / ,配置寄存器
配置寄存器地址 0 0 > 0 : > 0 * > 0 / > < 0 > < : > < * > < / > 2 0 > 2 : > 2 * > 2 / > 9 0 > 9 : > 9 * > 9 / > 6 H V $ J I J7 H G @ " B Q （E ） & G . I & D G @ % O O + I $ K G L , ". @ K MN @ ( G （E ） & G . I & D G @ % O O 9 < 2 : 2 9 . G H G I ( / K H ( (/ & % @ P @ H % @ DN @ Q O ! / ,+ I ( 7 H G @ " B $ J @ D QN （E ） & G . I & D G @ % O O < ; < 1 * = C @ " % & D , ? / & J J H " % 5 @ A $ ( $ & " , ? / H B > @7 $ " @. $ R @ 0
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虚拟设备驱结构如图! 。 本文主要介绍图!中虚线框内的设计与实现。 控制系统在工控机启动的时候， " # $ % & ’ ( ) * 将加载 虚拟设备驱动程序 （+ ， 应用程序通过动态创建 , -）
传输， 达到读写双口 . ／ /0 和1 2 端口的目的；另 外， 从而实现了工 3 4 从另外一侧读写双口 . /0， 控机和 工控机既能监 3 4 之间的高速数据交换， 视系统运行状态， 也能控制系统的运行， 通过应用 服务程序， 用户可以通过简单的操作监控控制系统 的状态。
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在 ! " !的板卡上都有一组成为配置空间的寄存器， 这些寄存器中保存有自己对系统资源的需求参数。 当# 其+ $ " % & ’ ( ) *系统启动时， , .引导程序首先读 出这些参数， 然后综合每块板卡对资源的需求， 统一 对整个系统的资源进行分配， 从而避免用户的干预。 为了 + , .引导程序能正确地对板卡所需的资源进 行动态配置， 其配置空间寄存器中存储的是物理空
（4 ）总 4 5 1 6 7 # 9 6 7 : ;5 & < & $ 6 $ =1 $ = 6 7 > & $ $ 6 > = 8 8 公司推出的一种先进的高性能 ／ 1 $ = 6 ; @ ? A B
位局部总线， 而且支持热插 4 5 1总线传输速度快， 拔、 电源管理等功能， 因此使用方便、 应用范围广。 4 5 1总线的主要特点是： ） 具有地址数据多路复用的高性能 @ （ ! ? 位或 A B位的同步总线。 （ ） ? 4 5 1局部总线在 @ @ 0C D总线时钟、 @ ?位 数据通路时， 可达到峰 值 ! ／ @ ? 0 E # = ( 的 带 宽； 4 5 1 总线还有线性突发传输功能， 保证了满载的高速传 输。 （ ） 极小的存取延时， 采用总线多主控和异步 @ 数据转移操作。 （ ） 保 B 4 5 1提供的数据和地址奇偶校验功能， 证数据完整性和准确性。 ） 它能支 （ F 4 5 1总线与 5 4 G 和时钟频率无关， 持多个外设， 设备间通过局部总线可以完成数据快 速传递， 从而很好地解决数据传输的瓶颈问题。 （ ） 对4 能够自动配置， 实现 A 5 1扩展卡及元件， 设备的即插即用。 " ) ! # $ % & ’ ( ! 本系统设计时， 为缩短开发时间降低成本， 没 有选 用 可 编 程 逻 辑 器 件 设 计 4 选用了 5 1 接 口，
方式 已 不 能 满 足 要 求。因 此 本 系 统 采 用 流 行 的
@ 引言
随着电力技术和电子技术的迅猛发展， 高性能 的电力控制系统被越来越多地应用到各种场合， 对 提高控制系统的性能， 提高工控机和控制板卡之间 的数据传输速度是一种有效的手段。以前设计的 思路是采用 2 . ! # !或 2 . * & +等方式将工控机与控 制板卡连接， 但随着系统数据量的迅速增加， 这种
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图! 系统结构
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该芯片可 4 5 1 ) H F ?专用接口芯片来实现 4 5 1协议， 以使局部总线快速转换到 4 5 1总线上。其主要特 点有： （ !）包 括 一 个 A B I = 6的写 K 1 K 2 和一个 J 通过读写 K ， 可实现高性能 @ ? I = 6的读 K 1 K 2， 1 K 2 ( J 的突发式数据传输； （ ） ? 1 3 / 模式支持 4 5 1总线到1 3 / 总线的单周 期存储器 （ 读写和1 ／ *位或! A位） 2 访问； （ ） 支持两个来自局部总线的中断， 可生成一 @ 个4 中断， 利用软件写内部寄存器位也可以达到 5 1 同样的目的； （ ） B 4 5 1 ) H F ?的局部总线与 4 5 1总线的时钟相 互独立 运 行， 局 部 总 线 的 时 钟 频 率 范 围 为 H! ， B H 0C D L L M 电 平， 4 5 1 的 时 钟 频 率 范 围 为 H! 。两种总线的异步运行方便了高低速设备 @ @ 0C D 的兼容； （ ） 串行 N F N 4 . 20 提供 4 5 1总线和局部总线 的部分重要配置信息； （ ） 各设备的基址和 A B个局部设备片选信号， 地址范围及其映射可由串行 N N 4 . 20 或主机编 程实现； （ ） 基址和地址范围及其 O F个局部地址空间， 映射可由串行 N N 4 . 20 或主机编程实现。 " ) " # $ %配置空间 （4 方式是由于每块支持 4 5 1的 即 插 即 用 $ 4）
摘
要： 为了提高 本文设计利用工控机上的 / . / 与工控机之间的数据传输速度， 0 1总
线， 通过共享双端口 2 实现工控机与 34 的方式， . / 之间的高速数据交换。本文详细介绍 了系统设计的基本思路， 包括 / 0 1总线协议， / 0 1 ’ " + ! 芯片的基本使用方法和设计要点， / 0 1 ’ " + !与双端口 2 34 的硬件连接方式和访问协议， 5 6 7 8 9 : ; ’ & 下虚拟设备驱动程序的 设计。 关键词： ； 配置空间； 临界资源； / 0 1 < = ? 中图分类号： > / ! ( #@ + 文献标识码： 3
